晶体振荡电路教材

1、安徽科技学院电子科学与技术实验报告班级电子学号姓名成绩课程名称高频电子技术实验实验日期2013/11/4_L 丰口:1: n : ci实验名称晶体振荡电路实验目的:1. 深入理解石英晶体振荡器的工作原理，熟悉振荡器的构成和电路各元件的作 用;2. 掌握振荡器的设计方法及参数计算；3. 学会正弦波振荡器的调试。实验原理:振荡器电路属于一种信号发生器类型，即表现为没有外加信号的情况下能自动生 成具有一定频率、一定波形、一定振幅的周期性交变振荡信号的电子线路。振荡器起 振时是将电路自身噪声或电源跳变中频谱很广的信号进行放大选频。此时振荡器的输 出幅值是不断增长的，随着振幅的增大，放大器逐渐由放大区进

2、入饱和区或者截止区， 其增益逐渐下降，当放大器增益下降而导致环路增益下降到1时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡，进入等幅振荡状态。振荡器进入平衡状态后，直流电源补充 的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。串联型晶体振荡器在串联型晶体振荡器中，晶体接在振荡器要 求低阻抗的两点之间，通常接在反馈电路中。图 1和图2显示出了一串联型振荡器的实际路线和 等效电路。可以看出，如果将石英晶体短路，该 电路即为电容反馈的振荡器。电路的实际工作原 理为：当回路的谐振频率等于晶体的串联谐振频 率时，晶体的阻抗最小，近似为一短路线，电路 满足相位条件和振幅条件，故能正常工作；当回 路的谐振频率距串联谐振频率较远

3、时，晶体阻抗 增大，是反馈减弱，从而使电路不能满足振幅条 件，电路不能正常工作。图1串联型晶体振荡器实际电路串联型晶体振荡器只能适应高次泛音 工作，这是由于晶体只起到控制频率的作 用，对回路没有影响，只要电路能正常工 作，输出幅度就不受晶体控制。图2串联型晶体振荡器等效电路并联型晶体振荡器R2c-b型并联晶体振荡器的典型电路如图 3所示，振荡管的基极对高频接地，晶体接 集电极与基极之间，C2和C3位于回路的另外两个电抗元件，振荡器的回路等效电路 如图4所示，它类似于克拉泼振荡器，由于 Cq非常小，因此，晶体振荡器的谐振回路 与振荡管之间的耦合电容非常弱，从而使频率稳定度大大提高。由于晶体的品质

4、因数 很高，故其并联谐振阻抗也很高，虽然接入系数很小，但等效到晶体管CE两端的阻抗 仍很高，因此放大器的增益高，电路容易满足振幅齐起振条件。图3 c-b型并联晶体振荡器实际线路图4 c-b型并联晶体振荡器等效线路b-e型并联晶体振荡器的典型电路如图5所示，该电路是一个双回路振荡器，它的固有谐振频率略高于振荡器的工作频率，负载回路选用的是并联谐振回路，可以抑制 其他谐波，有利于改善输出波形，并且电路的输出信号较大，但频率稳定度不如b-c型振荡电路，因为在b-e型电路中，石英晶体则接在输入阻抗低的 b-e之间，降低了石 英晶体的标准性。其等效电路如图6所示L1图5 b-e型并联晶体振荡器实际电路图

5、6 b-e型并联晶体振荡器等效电路和一般LC振荡器相比，石英晶体振荡器在外界因素变化而影响到晶体的回路固有 频率时，它还具有使频率保持不变的电抗补偿能力，原因是石英晶体谐振器的等效电 感Le与普通电感不同，当频率由 Wq变化到Wo时，等效电感值将由零变到无穷大, 这段曲线十分陡峭，而振荡器又刚好被限定在工作在这段线性范围内，也就是说，石 英晶体在这个频率范围内具有极陡峭的相频特性曲线，因而它具有很高的电感补偿能 力。而本次设计为并联谐振型晶体振荡器。确定三极管静态工作点正确的静态工作点是振荡 器能够正常工作的关键因素，静 态工作点主要影响晶体管的工 作状态，若静态工作点的设置不 当则晶体管无法

6、进行正常的放 大，振荡器在没有对反馈信号进 行放大时是无法工作的。振荡器 主电路的静态工作点主要由 R1、R2、R4、W决定，将电感 短路，电容断路，得到直流通路 如图7所示。50% “J?10OkCl Koy=AKey A丄FT*-JM2222图7直流通路等效电路高频振荡器的工作点要合适，若偏低、偏高都会使振荡波形产生严重失真，甚至停振。实际中取lcQ=0.55mA之间，若取lcQ=2mA，Vceq 6V，则有：ReRcVccVceq(1)cq为提高电路的稳定性,Re值可适当增大，取 Re=1k ，贝U Rc=2k ，则有:Veq Icq Re 2 mA 1k 2V1 BQ 1 cQ /2m

7、A600.033mA若取流过Rb2的电流Q为10Ibq，则心=10说=0.33口人，则取:VBQR b2VccVeq 0.7V 2V0.7V2.7V&2 VBQ / I b22.7V0.33mA8.2k, Rb128.2k实际电路中，Rb1可用6.8k与50k电位器串联，Rb2可以取10k ，以便工作点的 调整。交流参数的确定对于振荡器，当电路接为并联型振荡器时，晶体起到等效电感的作用，输出频率应为10MHZ则由f0=1/ 2冗JLC知负载电容CL=33.3pF,即C2, C3, C4串联后的总电容为33.3 pF，则取C2=100pF C3=100pF C4=100pF为了提高振荡器的工作性

8、能和稳定度， 在电路中还应有咼频扼流圈，一般取扼流圈 L1=10uH实验内容与步骤:原理图CJ| . xl匚一5韶缶R?. _p5I(D： i-r.C7 tOpF：图(a) I I I - b n J 1 r ra i t ivccci图（b）图（a）中的4.7uH与电容330pF并联组成一个电抗电路，等效电路如图（c）所示,Q1Q2X1C5200pF2N2222C1丄 10pF2N2222X2HC-49/U 5MHzHC49/US_40MHzR3470 QIOHC7丄 12pFL2100 iHC3C4C6!-20pF亠 10pF亠 330pFC2丄 36pF图（c）图（d）其谐振频率为：f

9、k 4.7 Xx 330 x IQ13/ n/271 ? =4r04 (MHz)对于5MHz的晶体，由于是组成并联晶体振荡器，在晶体工作于基波频率 5MHz 时，4.7uH与电容330pF并联等效为容抗，满足三点式振荡器的相位平衡条件， 即电路 振荡于晶体的基数5MHz。能产生正弦信号波形，如下图O&cjlloscope-XSCiTime591.719 us591.719 us0.000 sOiannel_A -2.802 V -2.802 V 0.000 VChanrel_B4- *T7FReverseSave txt. triggerTimebaseScale:ns/DiWChannel

10、AScote； IDChannel B ScjIe; &X pos,(Div： QY pos.tDiv); 0Ypo&Hpiv); 0|醉|“ |iil 0 lll |acJ c JIex:Level:oivsingleNormalAuto:_:1NoneEdge:回T b Ext图（e）原理图（a）示波器图形图(b)等效电路如图(d)所示，贝U 0.6uH与330pF并联谐振频率为:v/0.6X10_eX 330 X 10_171.32MHz此并联回路对晶体的基频5MHz等效为电感，不满足Xce、Xcb同电抗性质的要求，不 能再5MHz振荡。然而，对于三次谐波15MHz来说，并联回路等效为电

11、容，满足Xce、 Xcb同为电容，故振荡于三次谐波15MHz，称为三次泛音晶体振荡器。Oscilloscope-XSCIIT1130limemsChannel A2S3.i4ft；Chemd B0.000 VT21O5.90C ms28S.14 fV0.000 VT2-T1D.OOOs0.000 V0.000 VRevere?Crtannel ACharnel BTriggerStale： 30 pWivScale! 2D0 rnV/DivEdge:Exty pas, Div): 00Level:0VAC | 0 DCriroDc | ” | *SingleNarmdl AutcNoneSaveExt- trie ger图 原理图(b)示波器图形实验总